70MN叶片压制液压机研发设计.pdf

文 章 编 号 1 6 7 2 0 1 2 1 2 01 5 0 6 0 0 3 1 - 0 3 7 0 MN 叶片 压 制液 压 机 研 发 设 计 霍光 北方 重工 集 团 沈 阳 工程设 计研 究院有 限公 司 ， 辽 宁沈 阳 1 1 0 1 4 1 摘 要 阐述 了 7 0 MN叶 片压制 液压 机 的技 术特 点和设 计 方法 ，实现 了大 型热模 压专 用液 压机 的本 体 结 构 、 液 压 系统 、 控制 系统 、 专 用软 件 的技术 创新 。 该 液压 机 的研发 成 功对提 高 我 国水 电装 备 制造 业总体 水平 具 有 重 要 的 战 略 意 义 。 关键 词 液压 机 ； 叶片压 制 ； 有 限元 ； 技 术特 点 中 图分 类号 T G 3 1 5 ．4 文献标 识码 A DOI 1 0 ． 1 6 3 1 6 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 2 01 2 1 ． 2 01 5 ． 0 6 ． 0 0 7 0引 言 本 项 目为北 方 重 工集 团 与沈 阳铸 造 研 究 所 签 订 的 7 0 MN 叶 片 压 制 专 用液 压机 设备 合 同 项 目 ，北 方 重 工 研 发 了 国内首 台全焊 接结 构 叶片模 压类 专用 液压 机 ，填 补 了 国 内空 白 。 该 机 外 形结构 示 意 图如 图 1所 示 。 图 l 7 0 MN叶片压制液压机示意图 大 型水 轮机 叶 片热模 压成 形 工艺 是一 种先 进 的 叶 片成 形工 艺 ， 只有 少数 发达 国家 掌握 。 沈 阳铸 造 研 究所 掌 握 了全套 工艺 技术 ，急需 一 台能适 应该 工 艺 的设备 。这 台液 压机 采 用全 焊接 组合 机架 整体 预 紧 结 构 ， 选用 先进 成熟 的液压 系统 ， 拥有 两套 独 立 的位 移 控 制传感 系 统 ，自动控制 系 统采 用上 位 机与 P L C 两 级 控制 系统 ，实现 了叶片 成形 精 度 1 mm。7 0 MN 叶片 压制液 压 机 的研 制 成功 实 现 了3 v 型模 压 叶 片 的 国产化 ，使 我 国生产 的大型 水轮 机模 压 叶片 完全 替 代进 口 。 打破 了国外 技 术长 期垄 断 的局 面 ， 对 提 高我 国水 电装 备制 造业 总 体水平 具 有重要 的战 略意义 。 1技 术 特 点 1 ． 1全 焊 接 结 构 传 统 的 大 型 液 压 机 的 三梁 四 柱 多 采 用 铸 造 结 收稿 日期 2 0 1 5 0 6 0 1 作者简介 霍 光 1 9 8 2 一 ， 男， 硕士， 工程师， 从事锻压设备设计研发 构 ， 大型铸 钢件 不但 生 产周期 较 长 ， 质 量也 不 容易 保 障。 随着市 场竞 争 的加剧 ， 国内越来 越 多 的设 计 和制 造 单位 在 考 虑 怎样 缩 短 设计 周 期 和 降低 设 计 成 本 ， 以增强 产 品竞争 能力 l 1 1 。该 项 目为 E P C总包 模式 ， 合 同签订 1 0个月 交货 。 项 目组 经 与用户 沟通 决定 采用 全焊接 结 构 ， 这 在该 类专 用压 机上 尚属 国内首次 。 不 但保证 了按期 交货 ，而 且设 备 总重 较 同规 格铸 钢结 构压 机 降低 2 5 ％； 另外 由于采 用 1 6 Mn钢板 ， 三 梁 四 柱 的质量 得 到 了较 好 的控制 。 三大 梁 为大 型箱体 类焊 接件 ，有 些地 方操 作 空 间受 到严 重 限制 ，焊接 难度 大 ，且基 本上 是厚 板 焊 接 ， 需要 预热 ， 易变 形 。该 压机 选用 1 6 Mn钢板 ， 对 应 现 国标 Q 3 4 5 B钢板 ， 该 材 料 综合 性 能 良好 ， 焊 接 性 良好 。大 件 中板厚 基本 都超 过 了 5 0 mm， 故采 用带 钝 边 双 J形 坡 口 ，除 非 遇 到 焊 不 到 的地 方 采 用 单 边 带 钝 边 J形 坡 口 ， 主 要 焊 缝 采 用 GB ／ T1 1 3 4 5探 伤 ， 质 量 评 定 Ⅱ级 ， 全 熔透 。焊后采 用退 火处 理 ， 消 除残余 应 力 。焊 接大 件信 息如 表 1所示 。 表 1 主要 焊接 件信 息表 外形尺寸 长 宽 高 名称 重量／ t 最大板厚／ ram ／ mmx mm m m 上横梁 7 6 O O 5 2 O 0 3 1 5 0 1 6 3 1 5 0 活动横梁 6 0 O 0 5 O O 0 1 9 4 0 1 2 0 1 5 0 下横粱 7 4 o o 7 0 0 O x 3 0 0 0 2 2 9 1 8 0 立柱 1 2 0 0 x 1 2 0 0 x 7 6 3 0 2 6 1 6 O 工作台 6 0 0 O 5 0 O 0 7 4 O 5 8 l 3 O 1 ． 2六 工作 缸 布置 ， 上置 式 回程缸 由 于 制 品 尺 寸 大 ，最 3 v叶 片 空 间 尺 寸 达 到 4 3 l O mmx 4 7 2 8 mmx 1 7 5 8 mm， 该压 机工 作 台尺寸 达 到 6 0 0 0 mmx 5 0 0 0 mm， 而 同规 格压 机 中工作 台短边 尺 寸 _ | 31 在 3 4 0 0 mm闭 左 右 ， 于 是 立 柱 中 心 距 达 到 了 6 4 0 0 ram 4 0 0 0 ram； 同时考 虑模 压液 压机 对压 制力 均匀 性要 求 高 的特 点 ， 采 用 6缸布 置 ， 不但 提 高 了压 制力 分布 均 匀性 ， 而且改 善 了压机 的受力 条件 ， 提高 了上 横梁 的 刚度 。 采用 三级 压力工 作制 中间两缸 工作 时产生 一 级 压 力 2 3 ． 2 MN；两 侧 四缸 工 作 时 产 生 二 级 压 力 4 6 ． 4 MN； 六 缸 同时工 作产生 三 级压力 7 0 MN； 分 级压 力 提高 了设备 的利 用率 ， 节约 能源 。 主工 作缸 与活 动 横 梁 的 连 接 采 用 了 双 球 铰 短 摇 杆 设 计 ，该 结 构 因其 对 导套 及密封 处所 产生 的磨损 最小 而在大 型 液压 机 工作缸 上普遍 使用 [3 1 。 通 常锻造 液压 机 的回程缸 布置 在活 动横 梁和下 梁 之 间 ，也有 采用 小横 梁结构 布置 在上横 梁 和活 动 梁 之 间 。该压 机 回程缸 采用单 作用式 活塞 缸 布置 于 上 横梁 和活 动梁 之 间 ， 活塞 缸无 缸 底 ， 两 端 开 口， 降 低 了加 工制造 难度 ， 不 占用操作 部分 空 间。 为防止无 杆 腔灰 尘和杂 物 的进入 ， 安装 了空气 滤清器 。 回程缸 安 装有 磁滞位 移传 感器 ， 两个 回程缸 各有 一套 ， 一用 一 备 ， 可实现无 扰 热切换 。传感 器 安装在 回程 缸 内 ， 其 可靠 性优 于其他 类型 传感器 ，已在多 台压 机上成 功运行 多年 。 回程活塞 与 活动横梁 的连 接采 用球铰 ， 如图 2所示 ， 锁 紧螺母 的背部 有碟 簧支撑 ， 防止球 铰 长时 间磨损后 出现缝 隙 ， 保证 接触 面贴合 。 2 图2 回程缸活塞杆与活动横梁连接结构 1 ． 法兰盘 2 ． 活塞杆 3 ． 球座 4 ．球 支 5 ． 锁紧螺母 6 ．活动梁 7 ． 碟簧 1 ． 3全预 紧组 合机架 ， 滚 动式移 动工作 台 叶片成形 温度 在 8 0 0 ℃～ l 1 0 0 ℃之 间 ，同时该 压 机属 于精密 热模压 设备 ， 必须 考虑 温度影 响 因素 。 由 拉杆 螺母 、 定位 套 、 定 位键 组成 ， 上横 梁 和立柱 、 立 柱 和 下横 梁 之 间通 过定 位 套 加定 位 键组 合 在 一起 ， 构 成整 体 。 如 图 3所 示 ， 导 向 采 用 八 面 导 向 ， 活 动 横 梁 由 活 动横 梁 中间体 和两个 侧架组 成 ， 通 过螺 栓进 行 连接 ， 每个立 柱角 上有 四组 可调 间隙滑 板 ，通过 楔铁 进行 间 隙调整 ， 滑板上 开有 润滑 油槽 ， 滑板 表 面进行 堆铜 处 理 ， 保 证 了滑 板 的耐磨性 。 该 导 向 提 供 了 足 够 的 导 向 接 触 面 积 ， 使 面压 大 大 降低 。 活动 横 梁 中 间较 薄 ， 两 侧 导 向 位 置 增 加 了导 向高 度 ， 在 保 证 活 动 横 梁 运 动 精 度 的 同 时 ，也 克 服 了 图 3 立柱和活动横梁导向结构 1 ． 拉杆 2 ． 导向面 3 ． 立柱 4 ．侧架 5 ． 活动梁中间体 成 形 时 的水 平侧 推力 。 传 统 的液 压机 移 动 工作 台的移 动 为 滑动 摩 擦 ， 通过 液压缸 牵 引。滑板经 常磨 损 ， 影响使 用 。虽 然文 献 [ 4 ] 中提 到 可 以采用 滚 动摩 擦 来代 替 滑 动摩 擦 ， 但 在 已投产 的压机 中 ， 尤 其是 热模压 类压 机 上 ， 采 用滚 轮 式的移 动工作 台并 不多 见 。本 压机 移 动工作 台采 用 变频 电机减 速 机经 一 对 齿轮 副传 动 到传 动轴 上 ， 驱 动一组 轮对 ，在另 一组 从动 轮对 上安 装有旋 转 编 码 器 ， 用来 进行 速度 、 位 置控制 。与 滑动 式移 动工 作 台 比较 ， 磨 损 可忽 略不计 ， 驱动 功率 大 幅降低 。在 一 侧 滚轮 上有 凸缘 ， 一 侧轨 道上 开有 导 向槽 ， 起 到很 好 的导 向作用 。 1 ． 4数字 化液压 系统 ， 网络控制 系统 液 压 系统实 现 了活 动横 梁位 置 、速 度 和压力 全 数 字 化控 制 ，主泵采 用 1台 A 4 VS 02 5 0 Eo2比例 泵 和 1 0台定 量泵 。在所 有关键 部位 都有 压力 检测 点 。 各液 压缸 的压力 控制 采用压 力传 感器 、数 字显 示及 控制 ， 可 以任 意设 定 、 测量 、 记录 压力 ； 压力 测量 和显 示精 度分 别 为 0 ． 1 MP a 。位置 控 制采 用 位移 传感 器 ， 数字 显示 及控 制位移 、 速度 ； 活 动横梁 位 移和 速度 测 量 显 示 精 度 分 别 为 0 ． 0 5 ram、 0 ． 1 mm／ s ；并 设 有 上 、 下 极 限行程 限位 装置 。 设 备运 行精 度高 ， 叶片模 压控 制 精 度 l mmo 由于 叶片尺寸 大 ， 回弹较 大 ， 压 机必 须 具备 自动 判断 、 自动调 整 、 在 线检 测功 能 。根据液 压 机 的控 制 精度 及动 态 响应要 求开 发 了液压 系 统 的非 线性 P I D 文 章 编 号 1 6 7 2 0 1 2 1 2 01 5 0 6 0 0 3 4 0 4 交流 变 频 调 速 系统 在 大 型压 力机 中的运 用 陈 春 童 ，唐坚 江 苏扬 力集 团有 限公 司 ， 江苏扬州 2 2 5 0 0 9 摘 要 本 文 以现 场 生产 的压 力机 为运 用背 景 ， 分 析 了交 流 变频调速 系统基本 原 理和 结 构 ， 重 点 阐述 了其 中变频器 的控制 方式 ， 最后 结合现 场试 验验证 了交流 变频调速 系统 稳定 、 节 能和易 于控制 等特 性。 关 键词 压 力机 ； 变频 电机 ； 调 速 系统 ； 运 用 中图分 类号 T G3 1 5 0 5 文 献标识 码 B DOI 1 0 ． 1 6 3 1 6 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 2 0 1 2 1 ． 2 01 5 ． 0 6 ． 0 0 8 0引 言 锻压 生产 有着悠 久 的历史 。锻压 设备 从简 易 的 平 锻机 和蒸汽 锤 ， 到 冲压用 的液 压机 ， 再到 相 当规模 收稿 日期 2 0 1 5 0 4 0 5 作者简介 陈春童 1 9 7 1 一 ， 男， 高级工程师， 从事锻压机械研发与制造 整压机有关参数 ， 实现在线智 能控制 。 开发神 经 网络 系统 ， 使 压机具 有学 习功 能 、 自动 选取 压制参 数功 能 ， 压制过程 自动检测 叶 片形状 、 自 动调 整压机 参数 功能 。通过 计算 机有 限元数 值模 拟 和 实际生产 数据 ， 形 成 叶片模 压数 据库 。 当在压 机触 摸 屏上 给定 叶 片 的厚 度 、 规 格 、 材料 、 叶 片三 维 图等 信 息 ， 压机 可 自动生 成压制 程序 ， 生成 压制参 数 。 3结 语 大 型专 用 液 压机 市 场具 有 广 阔 的发 展空 间 ， 与 传 统液 压机 市 场 出现 衰 退 的市 场局 面完 全不 同 ， 研 发 此类压 机 的特点 就是专 用性 ，完全 为贴 合产 品工 艺 和用 户需求 而开 发 ，这也要 求产 品制造 理念 从 提 供 产 品向提供 整体解 决方 案 的方 向转 变 。有 限元计 的机械 压力 机 ， 发 展到今 天 ， 机械压 力机 应用 最 为广 泛 。 随着 制造业 向生 产规模 化 、 产 品个 性化 的方 向发 展 ， 生产 批量 相 对变 小 ， 产 品型 号变 化 加快 ， 多种 型 号 共线 生产 、覆 盖件大 型化 和一体 化 的趋势 13益 明 显 等f 1 】 ， 需要 压力 机不仅 能够 高速度 、 高精度 、 大 负载 运 转 ， 而 且具 有更 大 的柔性 ， 能 方便 、 迅 速 地 改变 输 算 已经 ．-2为 现 代 液 压 机 设 计 可 靠 的 计 算 和 验 证 方 法 ， 专用 化 、 智 能化成 为未 来压 机发 展 的重 要方 向。 【 参 考 文献 】 [ 1 】 颜昌亚． 焊接结构组合机架液压机本体的C A D ／ C A E研究[ D 】 ． 秦 皇岛 燕山大学， 2 0 0 2 ． [ 2 】 俞新陆． 液压机【 M E 京 机械工业出版社． 1 9 8 2 ． [ 3 ] 赵鑫．大型柱塞缸双球铰结构研究． 秦皇岛 燕山大学 ， 2 0 1 2 ． [4 ]俞新陆．液压机的设计与应用[ M 】 ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 7 ． [ 5 】 俞新陆 ， 杨津光． 液压机的结构与控S tJ [ M ] ． 北京 机械工业出版 社 ． 1 9 8 9 ． [ 6 ] 张亦工． 8 0 MN 双柱式预应 力结构快速 锻造液压 机的设计研 发 【 J ] ．锻压装备与制造技术， 2 0 1 1 ， 4 6 3 ． [ 7 】严建文， 刘家旭智 能液压机研究现状及关键技术[ J 1 _锻压装备与 制造技术 ， 2 0 1 3 ， 4 8 2 ． Re s e a r c h a n d d e s i g n o f 7 0 MN h y d r a u l i c p r e s s f o r b l a d e HUO Gu a n g